【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)電路工作，通過(guò)繼電器吸合與斷開帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作實(shí)現(xiàn)車門打開與關(guān)閉能夠?qū)崿F(xiàn)車門的制動(dòng)控制。這里為了實(shí)驗(yàn)需要直接采用燈泡的亮暗來(lái)代替車門的打開與關(guān)閉。 [18] 7 圖 351 車門控制電路 圖 352 車門狀態(tài)采集電路 圖 351 是采集電路，從這里可以采集到此時(shí)車門的開關(guān)狀態(tài)，將信號(hào)傳輸?shù)娇刂破鳎奖憧刂破鲗?shí)現(xiàn)判斷，為是否報(bào)警提供依據(jù)。 光電傳感電路： 光電傳感電路這里實(shí)際上就是一個(gè)光控電路，使用光控電路可實(shí)現(xiàn)用一些光源來(lái)控制用電電路的開啟與關(guān)閉，并能實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)動(dòng)作。如常見 的路燈控制電路就是此類電路。光控電路的工作原理是應(yīng)用光敏元件來(lái)實(shí)現(xiàn)光線對(duì)其影響。常見的光敏元件有光敏二極管、光敏三極管和光敏電阻等。為了盡量減小溫度影響，電路中的關(guān)敏元件均采用光敏電阻，以提高電路整體的靈敏度。 [19] 圖 36 光電傳感電路 圖 36 是 利用光敏電阻，通過(guò)單片機(jī) AD 采集器采集光敏電阻的端電壓當(dāng)端電壓大于或等于 2V 是判斷為白天，當(dāng)端電壓小于 2V 是判斷為黑夜，以實(shí)現(xiàn)對(duì)白天與黑夜的信號(hào)采集。 8 報(bào)警電路 在實(shí)驗(yàn)中常用的報(bào)警電路有由 555 構(gòu)成的多諧震蕩電路，本次設(shè)計(jì)為了容易實(shí)現(xiàn)，控制簡(jiǎn)單，采用的是 控制器控制蜂鳴器報(bào)警電路，電路圖如下。 圖 37 報(bào)警電路 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈， [20]使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的 TTL 電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。這里采用的是通過(guò)一個(gè)三極管8050 來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 當(dāng)單片機(jī)給出信號(hào)后，在三極管的基極電流很小不足以是蜂鳴器發(fā)聲，此時(shí)該電流經(jīng)過(guò)三極管放大后形成一個(gè)放大一定倍數(shù)的集電極電流，此時(shí)在蜂鳴器兩端就會(huì)形成一個(gè)完全能夠是蜂鳴器發(fā)聲的電壓信號(hào)，以 保證蜂鳴器發(fā)聲。 繼電器的選擇與驅(qū)動(dòng)電路 本文控制電路主要器件采用的是繼電器，要實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)控制繼電器達(dá)到以弱控強(qiáng)的電路，我在這里采用的是電磁式繼電器，電磁式是一種在電路中非常常見的繼電器，在電路中主要起到保護(hù)電路的作用。下面再來(lái)介紹一下單片機(jī)和強(qiáng)電之間的橋梁 電磁繼電器。 電磁繼電器是有觸點(diǎn)電繼電器的一種。它是利用電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電路開、關(guān)控制作用的元件，廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動(dòng)化設(shè)備中。在各種自動(dòng)控制設(shè)備中，都要求用一個(gè)低壓電路控制一個(gè)高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的 電隔離，還可以保護(hù)電子電路和人員安全。 下面我們看一下電磁繼電器的構(gòu)造：電磁繼電器的構(gòu)造：如圖 38 所示， A是電磁鐵，B是銜鐵， C是彈簧， D 是動(dòng)觸點(diǎn)， E是靜觸點(diǎn)。電磁繼電器工作電路可分為低壓控制電路和高壓工作電路組成?？刂齐娐肥怯呻姶盆F A、銜鐵 B、低壓電源 E1和開關(guān)組成；工作電路是由小燈泡 L、電源 E2和相當(dāng)于開關(guān)的靜觸點(diǎn)、動(dòng)觸點(diǎn)組成。連接好工作電路，在常態(tài) 9 時(shí)， D、 E 間未連通，工作電路斷開。用手指將動(dòng)觸點(diǎn)壓下，則 D、 E 間因動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接觸而將工作電路接通，小燈泡 L 發(fā)光。閉合開關(guān) S，銜鐵被電磁鐵吸下來(lái)，動(dòng)觸點(diǎn) 同時(shí)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)接觸，使 D、 E 間連通。這時(shí)彈簧被拉長(zhǎng)，觀察到工作電路被接通，小燈泡 L發(fā)光。斷開開關(guān) S，電磁鐵失去磁性，對(duì)銜鐵無(wú)吸引力。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來(lái)的位置，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分開，工作電路被切斷，小燈泡 L 不發(fā)光。 電磁鐵通電時(shí)，把銜鐵吸下來(lái)使 D 和 E 接觸，工作電路閉合。電磁鐵斷電時(shí)失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來(lái)，切斷工作電路。 圖 38 繼電器原理圖 在我們的設(shè)計(jì)中要利用繼電器實(shí)現(xiàn)控制的作用，首先要對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，接下來(lái)看看繼電器的驅(qū)動(dòng)，這是典型的繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖。圖 39 中的三極管放大采用的是 PNP 三極管，實(shí)際 設(shè)計(jì) 電路圖中使用的是 NPN 三極管。 圖 39 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下它們大都工作在 5V甚至更低。驅(qū)動(dòng)電流在 mA 級(jí)以下。而要把它用于一些大功率場(chǎng)合，比如控制電動(dòng)機(jī)，顯然是不行的。所以，就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)銜接，這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動(dòng)”。繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。在這里，繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩個(gè)意思 :一是對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器本身對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)就是一個(gè)功率器件：還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器 ，所以，繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口。 圖 39里面的三極管非常重要，在我們的各種電路設(shè)計(jì)中三極管都是一個(gè)不可或缺的 10 元件，用途十分的廣泛。三極管有兩個(gè)作用一個(gè)是放大作用，一個(gè)是開關(guān)作用。在這里，我們只了解它跟本電路有關(guān)的開關(guān)作用。 首先把三極管想成一個(gè)水龍頭，上面的 VCC 就是水池，繼電器是一個(gè)水輪機(jī)，下面的 GND 是比水池低的任何一點(diǎn)。剛才說(shuō)過(guò)，三極管就是水龍頭，它的把手就是那個(gè)帶有電阻的引腳。現(xiàn)在，單片機(jī)的某一個(gè)需要控制這個(gè)繼電器電路的輸出引腳就是一只“手”，當(dāng)單片機(jī)的這個(gè)引腳輸出低電平的時(shí)候， 就像“手”在打開三極管“水龍頭”，水就從上往下流，繼電器“水輪機(jī)”就開始轉(zhuǎn)起來(lái)了。反之，如果是輸出高電平， 手”就開始關(guān)“水龍頭”，繼電器”水輪機(jī)”因?yàn)闆]有水流下來(lái)，就會(huì)停止。 這就是三極管的開關(guān)作用簡(jiǎn)單的理解和記憶就是：三極管是一個(gè)開關(guān)器件，其實(shí)你真的可以將它看成是一個(gè)開關(guān)，只不過(guò)它不是用手來(lái)控制，而是用電壓來(lái)控制的，因此，三極管有些時(shí)候也被稱做電子開關(guān)。圖上還有一個(gè)東西，是保護(hù)二極管，一般是防止反電動(dòng)勢(shì)起到保護(hù)作用。 11 4 軟件設(shè)計(jì) 主控制器的選擇 STM32 系列 單片機(jī)是一款 高性能、低成本、低功耗的嵌 入式應(yīng)用 的單片機(jī)，它的內(nèi)核是 ARM CortexM3。 ST 公司對(duì) STM32 進(jìn)行了產(chǎn)品劃分， 按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103 屬于 增強(qiáng)型系列和 STM32F101 是 基本型系列。增強(qiáng)型 STM32F103 系列 的系統(tǒng) 時(shí)鐘頻率 可 達(dá)到 72MHz，是同類 中低端 產(chǎn)品中性能 是屬于 最高的 一款 產(chǎn)品 。 STM32F101 基本型 的系統(tǒng) 時(shí)鐘頻率 是 36MHz， 它的 16 位產(chǎn)品比 其他公司的 16 位產(chǎn)品 在價(jià)格上有 大幅提升了 性能，是 16 位 單片機(jī) 用戶的最 好的 選擇。 STM32F103 與 STM32F101 系列都內(nèi)置 32K 到128K 的閃存， 所 不 一樣 的是 SRAM 的最大容量 是和 外 部設(shè)備 接口的組合。 當(dāng)系統(tǒng) 時(shí)鐘 的 頻率 為 72MHz 時(shí)， 單片機(jī) 從 內(nèi)部 閃存 位置開始 執(zhí)行 初始 代碼， STM32 總的系統(tǒng) 功耗 36mA，是32位 單片機(jī) 市場(chǎng) 中 功耗最低的 一款 產(chǎn)品， 電流頻率比為 。 以下是 STM32F103C8T6 的實(shí)物圖。 圖 41 STM32F103C8T6 實(shí)物圖 STM32F103C8T6 總共有 48個(gè)引腳， PA0— PA15 端口 A15 個(gè)、 PB0— PB15 端口 B15 個(gè)， 2個(gè)外部晶振引腳 OSC_IN、 OSC_OUT， 1 個(gè)復(fù)位引腳 NRST， 2 個(gè) 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振引腳， BOOT0 程序驅(qū)動(dòng)腳。 VDDA、 VDD_ VDD_ VDD_3 與 VSS、 VSS_ VSS_ VSS_3 總共8個(gè)電源引腳，包括模擬供電電源。內(nèi)核采用 ARM 32 位的 CortexM3，最高 72MHz 工作頻率，單周期乘法和硬件除法；存儲(chǔ)器采用從 64K 字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器，高達(dá) 20K 字節(jié)的SRAM；時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理采用 伏供電和 I/O 引腳 ，上電 /斷電復(fù)位 (POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測(cè)器 (PVD)， 8MHz 晶體振蕩器，內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的 8MHz 的 RC 振蕩器，內(nèi)嵌帶校準(zhǔn)的 40kHz 的 RC 振蕩器，產(chǎn)生 CPU 時(shí)鐘的 PLL，帶校準(zhǔn)功能的 32kHz RTC 振蕩器；低功耗模式有睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式， VBAT 為 RTC和后備寄存器供電； 2個(gè) 12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us 轉(zhuǎn)換時(shí)間 (多達(dá) 16 個(gè)輸入通道 ) ，轉(zhuǎn)換范圍： 0 至 ，雙采樣和保持功能，還有內(nèi)部溫度傳感器；內(nèi)部共有 7 通道 DMA 控制器，支持的外設(shè)有 3 個(gè)定時(shí)器、 ADC、 SPI、 I2C和 USART 等；調(diào)試模式可 選擇串行單線調(diào)試 (SWD)和 JTAG 接口。如下圖所示。 12 圖 42 STM32F103C8T6 引腳圖 圖 43 是 STM32F103C8T6 的外部時(shí)鐘，本方案采用 8M 外部晶振，進(jìn)過(guò)內(nèi)部 9 倍頻后得到 72M 系統(tǒng)時(shí)鐘，圖 43 中的 30pF 電容與 10pF 電容為晶振的啟動(dòng)電容，不能偏大也不能偏小，鏈接 8M 的晶振上經(jīng)典值電容應(yīng)該選擇 30pF， 晶振上的電容最大不能超過(guò) 15pF，晶振連接圖如 43圖所示。 圖 43 外部時(shí)鐘電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、晶振、復(fù)位電路，如圖 44 所示為單片機(jī)的復(fù) 位電路， SW1 為復(fù)位按鍵，常態(tài)為開，當(dāng)按下時(shí)為閉合， R4為 10K 電阻，上拉電阻的選取沒有固定的要求，通常選取 10K， C5為濾波電容，大小選擇 104 電容，也就是 100nF 陶瓷電容，防止復(fù)位按鍵抖動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤復(fù)位，啟動(dòng)濾除系統(tǒng)脈沖的作用，保護(hù)最小系統(tǒng)的正常工作。通常機(jī)械按鍵都有一個(gè)抖動(dòng)過(guò)程，就需要通過(guò)這個(gè)電容來(lái)濾除按鍵產(chǎn)生的抖動(dòng)。 圖 44 復(fù)位電路 13 通常供電電源都有小幅波動(dòng)，需要通過(guò)使用大電容來(lái)濾除電源抖動(dòng)，圖 45 中的 4個(gè)電容是靠近 STM32F103C8T6 的電源引腳上放的，防止電源 引腳有抖動(dòng)信號(hào)的干擾。 104 電容為通用的選取阻值。 圖 45 電源防抖動(dòng)電路 為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的正常工作，就需要為單片機(jī)提供穩(wěn)定的供電電源，這里使用LM1117 線性穩(wěn)壓芯片為單片機(jī)提供穩(wěn)定的 + 電源，圖 46 中 P6 與 P7 為排針，方便杜邦線的插拔， C C6 為 +5V 電源的輸入濾波電容，穩(wěn)定輸入的 +5V 電壓，使用 100nF 濾除高頻干擾， 100uF 濾除低頻干擾， C C7為輸出濾波電容，穩(wěn)定輸出電壓，使用 100nF 濾除輸出的高頻干擾， 100uF 濾除輸出的低頻干擾，為單片機(jī)提供可靠的供電電源。 圖 46 供電電路 下圖中為單片機(jī)下載方式選擇端，或者是程序驅(qū)動(dòng)方式選擇端。 STM32 有三種啟動(dòng)模式對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)均是芯片內(nèi)置的，它們是： 1）用戶閃存 = 芯片內(nèi)置的 Flash。 2） SRAM = 芯片內(nèi)置的 RAM區(qū)，就是內(nèi)存啦。 3）系統(tǒng)存儲(chǔ)器 = 芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域，芯片出廠時(shí)在這個(gè)區(qū)域預(yù)置了一段Bootloader，就是通常說(shuō)的 ISP程序。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠后沒有人能夠修改或擦除，即它是一個(gè) ROM 區(qū)。 在每個(gè) STM32 的芯片上都有兩個(gè)管腳 BOOT0 和 BOOT1，這兩個(gè)管腳在芯片復(fù)位時(shí)的電平狀態(tài)決定了芯片復(fù)位后從哪個(gè)區(qū)域開始執(zhí)行程序 。 BOOT1=x BOOT0=0 從用戶閃存啟動(dòng)，這是正常的工作模式。 BOOT1=0 BOOT0=1 從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)，這種模式啟動(dòng)的程序功能由廠家設(shè)置。 BOOT1=1 BOOT0=1 從內(nèi)置 SRAM 啟動(dòng)，這種模式可以用于調(diào)試。 要注意的是，一般不使用內(nèi)置 SRAM 啟動(dòng) (BOOT1=1 BOOT0=1)，因?yàn)?SRAM 掉電后數(shù)據(jù)就丟失。多數(shù)情況下 SRAM 只是在調(diào)試時(shí)使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部診斷，寫一段小程序加載到 SRAM 中診斷板上的其他電路，或用此方法讀寫板上的 Flash或 EEPROM 等。還可以通過(guò)這種方法解除內(nèi)部 Flash 的讀寫保護(hù)，當(dāng)然解除讀寫保護(hù)的同 14 時(shí) Flash 的內(nèi)容也被自動(dòng)清除，以防止惡意的軟件拷貝。 一般 BOOT0 和 BOOT1 跳線都跳到 0(地 )。串口下載的情況下， BOOT0=1， BOOT1=0 ，再?gòu)?fù)位，點(diǎn)擊下載，下載完成后，把 BOOT0 的跳線接回 0，也即 BOOT0=0， BOOT1=0 。所以為了方便期間我們將 BOOT1 直接通過(guò) 100K 下拉電阻拉直地